В центъра на галактиката ни двойка странни гигантски мехура излъчват радиация

През 2010 г. астрономите, работещи с космическия гама-телескоп "Ферми", обявиха откриването на два гигантски мехура от газ. Тези мехури са разположени централно симетрично над и под равнината на нашата галактика Млечен път, простирайки се разстояние над 25 000 светлинни години. Не е ясен техният произход, както и причината за огромното им количество високоенергийна радиация. 

Съвсем наскоро масивът IceCube в Антарктида съобщи за 10 свръхвисокоенергийни неутрино, идващи като че ли от мехурите, което накара някои астрофизици да предположат, че се случват някакви странни субатомни взаимодействия.

В крайна сметка мехурите, открити от "Ферми", станаха още по-загадъчни. 

Два гигантски мехура от горещ газ

Образуването на огромни мехури от горещ газ не е лесно. Като начало е нужна много енергия. Не е лесно за обикновена галактика да създаде такава енергия, която да може да раздуе горещ газ на разстояние над 25 000 светлинни години. Но особената ориентация на мехурите - простиращи се симетрично над и под нашия галактически център - е силно доказателство, че те може да са свързани с централната свръхмасивна черна дупка, известна като Стрелец А* (Sagittarius A* и съкратено Sag A*).

"Може би преди милиони години Sag A* е изяла нещо огромно, получила е тежко разтройство на стомаха, насочващият се в нея материал се загрява, завърта се в сложен танц на електрическите и магнитни сили и успява да избяга от привличането на хоризонта на събитията, преди да падне вътре. Този материал, екстремно зареден, се втурва далеч от центъра на галактиката, носейки се на струи с частици, ускорени до почти скоростта на светлината. Отдалечавайки се на безопасно  място, тези частици се разпръскват и разреждат, но запазват енергийното си състояние и до днес", пише в Live Science Пол Сътър (Paul Sutter), астрофизик от Университета на Охайо, водещ на Ask a Spaceman и Space Radio.Възможно 

Възможно е и някоя звезда да се е приближила твърде до Sag A * и да е разкъсана на парченца, освобождавайки цялата тази мощна гравитационна енергия, образувайки мехурите.

Или може би те нямат нищо общо със самия Sag A *, а с множеството звезди в ядрото - може би десетки или стотици от тези плътно разположени звезди са станали свръхнови едновременно, изхвърляйки тези струи газ извън границите на галактиката. 

Или може би нищо от изброеното.

Без значение какво, мехурите са тук, те са огромни и астрофизиците не ги разбират.

Гама и неутрино

мехурите на "Ферми" не се виждат с просто око. Въпреки високите си температури, газът в тях е невероятно разреден, което ги прави почти незабележими. Но нещо вътре в тях е може да създаде най-високоенергийния вид светлина - гама лъчите, заради което са забелязани от екипа на "Ферми".

Смятаме, че гама-лъчите се произвеждат вътре в мехурите от космически лъчи, които сами по себе си са високоенергийни частици. Тези частици, най-вече електроните, но вероятно и някои от по-тежки частици, също излъчват характерните гама лъчи.

_{Лабораторията IceCube на Южния полюс. Кредит: IceCube Collaboration}

Понякога космическите лъчи си взаимодействат помежду си, изпълняват някакъв сложен субатомен танц на материята и енергията и освобождават неутрино, почти безмасова частица, която взаимодейства с другите частици само чрез слабата ядрена сила - нещо, което означава, че почти никога не взаимодействат с нормалната материя.

Обсерваторията IceCube, разположена на географския Южен полюс, използва един кубичен километър чист антарктически лед като детектор за неутрино - всеки път, когато се случи рядкото събитие някое високоенергийно неутрино да премине през леда и да взаимодейства с молекула вода, се предизвиква верижна реакция, която води до поредица от по-познати частици и оптична светлина.

Поради естеството на своите детектори, IceCube не е толкова добър в определянето от къде идва неутриното. Към днешна дата обаче е открил 10 от тези малки призраци, идващи приблизително от посоката на двата мехура на "Ферми".

Дали това е съвпадение?

Субатомен пъзел

Така че нещо може да произвежда тези изключително екзотични неутрино в мехурите на Ферми. Или не - това може да е просто съвпадение и частиците неутрино наистина идват от някаква далечна част на Вселената зад мехурите.

Освен това, по някакъв начин космическите лъчи произвеждат гама лъчи, макар че не е съвсем сигурно как. Възможно е с повече късмет  IceCube да улови както гама лъчи, така и правилния вид неутрино (те са три), които да идват от взаимодействия вътре в мехурите. Това би било голяма стъпка в обяснението на естеството на самите мехури и да даде представа за техния произход.

Наскоро екип от изследователи проследи наличните данни, като дори добави резултати от новия оперативен детектор на вода на висока надморска височина на ефекта на Черенков (High Altitude Water Cherenkov - много добър наземен телескоп за гама лъчи) и комбинира тази информация с различни теоретични модели за мехурите, търсейки само за правилната комбинация. 

При един възможен сценарий, протоните вътре в мехурите понякога се блъскат един в друг и произвеждат пиони, които са екзотични частици, които бързо се разпадат в гама лъчи. В друг, потокът от високоенергийни електрони в мехурите взаимодейства с непрекъснато присъстващото излъчване на космическия микровълнов фон, засилвайки няколко фотона в гама режим. В трети модел ударните вълни по външните ръбове на мехурите използват магнитни полета, за да задвижат локални частици до високи скорости, които след това започват да излъчват космически лъчи.

Но опитвайки всички възможности, авторите на това проучване не можаха да намерят нито един от сценариите (или комбинация от тези сценарии), в който да се съгласуват всички данни.

Накратко, ние все още не знаем какво управлява излъчването на гама лъчи от мехурите, дали от там идват частиците неутрино, или какво в крайна сметка е направило мехурите.

Но точно така работи науката: събиране на данни, изключване на хипотези и стъпка напред. 

Справка: Correlation of high energy neutrinos and gamma rays on the direction of Fermi Bubbles, Paola Alvarez-Hurtado, et al., arXiv.org

Още по темата

29/07/2019

Физика

Общата теория на относителността работи за околностите на свръхмасивна черна дупка

11/07/2019

Космос

Две свръхмасивни черни дупки се готвят да се сблъскат. Проблемът на последния парсек (видео)

10/04/2019

Космос

Ето първата реална снимка на „сянката“ на черна дупка

22/01/2019

Физика

Получени са доказателства за най-великото предсказание на Стивън Хокинг за черните дупки